风力发电由于具有无污染、可再生、技术成熟等优点,已在世界范围内得到广泛推广和应用。塔架是风力发电机的主要承载结构,重量多达百余吨,制造成本至少占风力发电机总成本的18%。因此,本文基于结构优化设计理论,提出对风机塔架进行优化设计研究具有实用价值。风机塔架可以简化为变截面悬臂梁力学模型,对于变截面悬臂梁的自由端挠度的求解,常规方法需要进行二重积分的计算,过程比较繁琐。因此,本文提出运用莫尔积分法结合复合梯形公式求积分的方法,编程计算得到风机塔架顶端的挠度,为后续塔架的优化设计奠定基础。考虑到塔架重量是导致风机制造成本较高的原因,以塔架重量为目标函数,建立风机塔架的优化数学模型,采用外点罚函数法处理约束条件,转化为无约束优化问题。以2MW风机塔架为实例,利用改进的粒子群算法,对塔架在额定风速工况载荷作用下进行优化设计,通过MATLAB编程执行优化。优化结果表明塔架重量较初始设计重量有显著减少。针对开口门产生的局部应力集中问题,以局部应力最小为优化目标,提出采用基于ANSYS优化模块的一阶方法对开口门进行尺寸优化,优化结果显示,开口门附近的局部最大应力较初始值降低了12%。对风机塔架在不同风况作用下进行实验模拟,利用最小二乘法对实验数据进行直线拟合,获得塔架疲劳分析的S-N曲线。根据经验估计出塔架设计载荷谱,结合Miner损伤理论,对风机塔架作出寿命评估,获得了满足风机设计要求的塔架使用寿命。本文的研究内容为风机塔架的设计提供了理论参考,有助于提高塔架的设计效率和降低风力发电机的制造成本。